DE102006026945A1 - Computer tomographic imaging method, involves irradiating object to be examined with polychromatic X ray and calculating location-dependent spectral absorption coefficient of object by reconstruction algorithm on basis of projection images - Google Patents

Computer tomographic imaging method, involves irradiating object to be examined with polychromatic X ray and calculating location-dependent spectral absorption coefficient of object by reconstruction algorithm on basis of projection images Download PDF

Info

Publication number
DE102006026945A1
DE102006026945A1 DE200610026945 DE102006026945A DE102006026945A1 DE 102006026945 A1 DE102006026945 A1 DE 102006026945A1 DE 200610026945 DE200610026945 DE 200610026945 DE 102006026945 A DE102006026945 A DE 102006026945A DE 102006026945 A1 DE102006026945 A1 DE 102006026945A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
ray
energy
projection images
location
dependent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE200610026945
Other languages
German (de)
Other versions
DE102006026945B4 (en
Inventor
Björn HEISMANN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Healthcare GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE200610026945 priority Critical patent/DE102006026945B4/en
Publication of DE102006026945A1 publication Critical patent/DE102006026945A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102006026945B4 publication Critical patent/DE102006026945B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G01N23/046Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using tomography, e.g. computed tomography [CT]
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03Computerised tomographs
    • A61B6/032Transmission computed tomography [CT]
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/42Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/4208Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis characterised by using a particular type of detector
    • A61B6/4241Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis characterised by using a particular type of detector using energy resolving detectors, e.g. photon counting
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/48Diagnostic techniques
    • A61B6/482Diagnostic techniques involving multiple energy imaging
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/40Imaging
    • G01N2223/419Imaging computed tomograph

Abstract

The method involves irradiating an object to be examined (10) with polychromatic X ray (R) along a number of projection vectors (d). The projection images (P) of the X ray transmitted through the object are recorded. A location dependent spectral absorption coefficient (K(r,E)) of the object to be examined is calculated by a reconstruction algorithm on the basis of projection images. The transmitted X ray energy drained is detected. A location dependent spectral absorption coefficient is calculated, by separate reconstruction of quasi-monoenergetic groups of projection images (Pi). Independent claims are also included for the following: (1) a method for determining the location dependent concentration of a number of materials of the object to be examined (2) a computer tomograph for the execution of the imaging method.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein computertomographisches Bildaufnahmeverfahren sowie auf einen nach diesem Verfahren arbeitenden Computertomographen, insbesondere zur Anwendung im Bereich der Medizintechnik. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Bestimmung der ortsabhängigen Konzentration einer Anzahl vorgegebener Stoffe in einem Untersuchungsobjekt, das das Ergebnis des vorstehend genannten Bildaufnahmeverfahrens als Eingangsgröße heranzieht.The The invention relates to a computed tomographic image acquisition method as well as a computer tomograph working according to this method, in particular for use in the field of medical technology. The invention further relates to a method for determining the location-dependent concentration a number of predetermined substances in a study object, the the result of the aforementioned image recording method as Input quantity.

In der herkömmlichen Computertomographie werden unter Bestrahlung eines Untersuchungsobjekts mit Röntgenstrahlung mittels eines Röntgendetektors Projektionsbilder entlang verschiedener Projektionsvektoren aufgenommen. Jedes Projektionsbild gibt eine Intensitätsverteilung der Röntgenstrahlung wieder, die entlang des zugehörigen Projektionsvektors durch das Untersuchungsobjekt transmittiert und dabei mehr oder weniger abgeschwächt wird. Die während einer Untersuchung von dem Untersuchungsobjekt aufgenommenen Projektionsbilder werden zusammenfassend auch als Sinogramm bezeichnet.In the conventional one Computed tomography are under irradiation of an examination subject with X-rays by means of an X-ray detector Projection images taken along different projection vectors. Each projection image gives an intensity distribution of the X-radiation again, along the associated Projection vector transmitted through the object to be examined and this is more or less mitigated. The while an examination of the examination object taken projection images are collectively referred to as sinogram.

Mittels Rekonstruktion (oder Rückprojektion) wird dann numerisch aus dem Sinogramm der ortsabhängige (Röntgen-)Schwächungskoeffizient des Untersuchungsobjekts innerhalb der von den Projektionsvektoren aufgespannten Fläche berechnet. Aus der Ortsabhängigkeit des Schwächungskoeffizienten im Untersuchungsobjekt ergibt sich hierbei ein Kontrast, der innere Strukturen des Untersuchungsobjekts als Funktion des Raumes r (der Unterstrich bezeichnet hierbei die vektorielle Eigenschaft jedes Raumpunktes) bildhaft wiedergibt. Diese Bildinformation wird als Tomogramm bezeichnet.By means of reconstruction (or back projection), the location-dependent (X-ray) attenuation coefficient of the examination subject within the area spanned by the projection vectors is calculated numerically from the sinogram. The spatial dependence of the attenuation coefficient in the examination object results in a contrast which visually reproduces internal structures of the examination object as a function of the space r (the underscore denotes the vectorial property of each spatial point). This image information is called a tomogram.

In der medizintechnischen Anwendung handelt es sich bei dem Untersuchungsobjekt um den Körper eines Patienten oder einen Teil davon.In the medical technology application is the object under investigation around the body a patient or part of it.

Zur Aufnahme der Projektionsbilder wird üblicherweise polychromatische Röntgenstrahlung verwendet, zumal gewöhnliche Röntgenröhren von Haus polychromatisch abstrahlen. Als polychromatische Röntgenstrahlung wird Röntgenstrahlung bezeichnet, die verschiedene Frequenzanteile mit der durch ein mehr oder weniger breites Spektrum vorgegebenen Häufigkeit enthält. Anstelle der Röntgenfrequenz ν wird im Rahmen dieser Anmeldung auch auf die Quantenenergie E der Röntgenstrahlung Bezug genommen. Diese Größen sind zueinander äquivalent und können durch die bekannte physikalische Umrechnungsvorschrift E = h·ν ineinander konvertiert werden. Der Buchstabe h steht hierbei für die Plancksche Konstante.to Recording the projection images is usually polychromatic X-rays used, especially ordinary X-ray tubes of house emit polychromatically. As polychromatic X-ray becomes x-ray radiation denoting the different frequency components with the one by one more or less broad spectrum predetermined frequency contains. Instead of the x - ray frequency ν is in For the purposes of this application also to the quantum energy E of the X-ray radiation Referenced. These sizes are equivalent to each other and can by the known physical conversion rule E = h · ν into each other be converted. The letter h stands for the Plancksche Constant.

Die üblicherweise verwendeten Röntgendetektoren sind unempfindlich für die unterschiedliche Quantenenergie der Röntgenstrahlung. Die Projektionsbilder enthalten somit lediglich eine Information über die unter einem bestimmten Projektionsvektor an jedem Bildpunkt des Detektors auftreffende Gesamtstrahlung. Bedingt durch das Messprinzip wird aber über die Quantenenergie dieser Strahlung gemittelt. Bei der anschließenden Rekonstruktion wird aus diesen Projektionsbildern ein Schwächungskoeffizient μ(r) abgeleitet, der zwar ortsaufgelöst eine Zuordnung eines Schwächungswerts zu einem Raumpunkt der Untersuchungsobjekts zulässt, der aber ebenfalls über die Quantenenergie der Röntgenstrahlung integriert ist.The commonly used X-ray detectors are insensitive to the different quantum energy of the X-radiation. The projection images thus only contain information about the total radiation incident on a particular projection vector at each pixel of the detector. Due to the measuring principle, however, the quantum energy of this radiation is averaged. During the subsequent reconstruction, a weakening coefficient μ ( r ) is derived from these projection images, which, although spatially resolved, allows an attenuation value to be assigned to a spatial point of the examination object, which is likewise integrated via the quantum energy of the x-ray radiation.

Tatsächlich hängt aber die Röntgenabschwächung verschiedener Körperstoffe in unterschiedlicher Weise von der Quantenenergie ab. Der energiegemittelte Schwächungskoeffizient μ(r) ist somit eine generische Größe, die die tatsächliche Röntgenabschwächung in einem Patientenkörper mehr oder weniger stark verfälscht wiedergibt. Die integrierende Eigenschaft der herkömmlichen Computertomographie führt insbesondere bei dichten Absorbern, wie Knochen oder Metall, zu Artefakten (z.B. dem sogenannten Beam-Hardening), die die Verwendbarkeit des resultierenden Tomogramms beeinträchtigen.In fact, however, the X-ray attenuation of various body substances depends in different ways on the quantum energy. The energy-averaged attenuation coefficient μ ( r ) is thus a generic quantity that more or less falsifies the actual X-ray attenuation in a patient's body. The integrating property of conventional computed tomography leads in particular to dense absorbers, such as bone or metal, to artifacts (eg the so-called beam hardening), which impair the usability of the resulting tomogram.

Die herkömmliche Computertomographie hat zudem nur eine begrenzte Kontrastauflösung, die die Unterscheidung von verschiedenartigen Weichteilgeweben (z.B. Lebergewebe, weiße und graue Gehirnmasse usw.) mitunter erheblich erschwert oder unmöglich macht.The conventional Computed tomography also has only a limited contrast resolution that the Differentiation of various soft tissues (e.g., liver tissue, white and gray brain mass, etc.) sometimes makes it difficult or impossible.

Zur Lösung dieser Probleme werden Computertomographen angeboten, bei denen die Röhrenspannung der Röntgenquelle, und hierüber die Spektralverteilung der emittierten Röntgenstrahlung einstellbar ist. Bei solchen Geräten werden die Projektionsbilder mehrfach mit jeweils verschieden chromatischer Röntgenstrahlung aufgenommen. In einer alternativen Ausführung eines solchen Geräts werden zwei zueinander gekreuzte Bildsysteme mit jeweils einer Röntgenquelle und einem Detektor eingesetzt, wobei die Röntgenquellen der beiden Bildsysteme mit unterschiedlicher Röhrenspannung betrieben werden und dementsprechend wiederum eine verschieden chromatische Röntgenstrahlung emittieren. Jedoch wird auch bei diesen Verfahren für jede der beiden Röntgen-Spektralverteilungen das zugehörige Sinogramm energiegemittelt aufgenommen.to solution These problems are offered by CT scanners in which the tube voltage the X-ray source, and over here the spectral distribution of the emitted X-ray radiation adjustable is. With such devices become the projection images several times, each with different chromatic X-rays added. In an alternative embodiment of such a device two mutually crossed image systems each with an X-ray source and a detector used, wherein the X-ray sources of the two image systems with different tube voltage be operated and, accordingly, turn a different chromatic X-rays emit. However, even with these methods for each of the both X-ray spectral distributions the associated Sinogram energy-averaged recorded.

Vor oder im Zuge der Rekonstruktion werden diese Sinogramme dann mittels Korrekturalgorithmen, insbesondere Basismaterialzerlegung oder Rho-Z-Projektion, derart verknüpft, dass die vorstehend genannten Artefakte zumindest abgeschwächt werden. Ein Beispiel eines solchen Korrekturalgorithmus ist in A. Macovski, et al., "Energy Dependend Reconstruction in X-ray Computerized Tomography", Comp. Biol. Med. 6(4): 325-336 (1976) beschrieben.Before or in the course of the reconstruction, these sinograms are then linked by means of correction algorithms, in particular base material decomposition or Rho-Z projection, in such a way that the abovementioned artifacts are at least attenuated become. An example of such a correction algorithm is described in A. Macovski, et al., Energy Dependent Reconstruction in X-ray Computerized Tomography, Comp. Biol. Med. 6 (4): 325-336 (1976).

Alternativ hierzu werden derzeit energieselektive Detektoren für die Computertomographie entwickelt, die die transmittierte Röntgenstrahlung in jedem Bildpunkt selektiv nach Maßgabe einer Anzahl vorgegebener Energiekanäle detektieren. Ein direkt wandelnder energiesensitiver Detektor ist beispielsweise aus der DE 102 12 638 A1 bekannt. Energieselektive Röntgendetektoren auf Szintillatorbasis werden andererseits bereits im Rahmen anderer bildgebender medizinischer Verfahren, insbesondere PET oder SPECT, eingesetzt.Alternatively, energy-selective detectors for computed tomography are currently being developed, which detect the transmitted X-radiation in each pixel selectively in accordance with a number of predetermined energy channels. A direct-converting energy-sensitive detector is for example from the DE 102 12 638 A1 known. On the other hand, energy-selective scintillator-based X-ray detectors are already being used in the framework of other imaging medical procedures, in particular PET or SPECT.

Ein Verfahren zur ortsaufgelösten Bestimmung der Elementkonzentration in Untersuchungsobjekten ist ferner aus der DE 103 52 013 A1 bekannt. Danach ist zur Bestimmung der jeweiligen Konzentration von N (N = 2,3, ...) Elementen oder Elementkombinationen vorgesehen, M (M = 3, 4, ...) Röntgenbilder mit jeweils unterschiedlicher Spektralverteilung unter gleichen geometrischen Bedingungen aufzunehmen und für die jeweilige Spektralverteilung den ortsabhängigen, energiegemittelten Schwächungskoeffizienten μi(r) (i = 1,2, ..., M) zu berechnen. Aus diesen Größen wird dann unter Berücksichtung der Schwächungsspektren der gesuchten Elemente oder Elementkombinationen deren jeweilige Konzentration durch Lösung eines linearen Gleichungssystems ermittelt.A method for the spatially resolved determination of the element concentration in examination objects is further from the DE 103 52 013 A1 known. Thereafter, to determine the respective concentration of N (N = 2, 3,...) Elements or combinations of elements, M (M = 3, 4,...) X-ray images each having a different spectral distribution are recorded under the same geometric conditions and for the respective spectral distribution to the location-dependent, energy-averaged attenuation coefficient μ i ( r ) (i = 1,2, ..., M) to calculate. Taking into account the attenuation spectra of the sought-after elements or element combinations, their respective concentrations are then determined from these variables by solving a linear system of equations.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vor dem vorstehend beschriebenen Hintergrund verbessertes computertomographisches Bildaufnahmeverfahren sowie einen geeigneten Computertomograph zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, aufbauend auf dem Bildaufnahmeverfahren ein einfaches und präzises Verfahren zur Ermittlung der Konzentration einer Anzahl vorgegebener Stoffe in einem Untersuchungsobjekt anzugeben.Of the Invention is based on the object, one before the above Background improved computer tomographic image acquisition method and a suitable computer tomograph for performing this Specify method. The invention is still the task based on the image recording method a simple and precise Method for determining the concentration of a number of predetermined Specify substances in a test object.

Bezüglich des Bildaufnahmeverfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Erfindung geht von einem computertomographischen Verfahren aus, bei dem die transmittierte Röntgenstrahlung energieaufgelöst detektiert wird. Erfindungsgemäß wird das resultierende Sinogramm in Gruppen von quasi-monoenergetischen Projektionsbildern gegliedert, die also quasi ausschließlich auf Röntgenstrahlung einer gemeinsamen Quantenenergie zurückgehen. Als quasi-monoenergetisch wird Strahlung mit Quantenenergie innerhalb eines Energieintervalls bezeichnet, innerhalb des sen der spektrale Schwächungskoeffizient von Körperstoffen näherungsweise konstant ist. Die Breite eines solchen Energieintervalls beträgt bevorzugt zwischen 0,01 keV und 80 keV und kann auch mit der mittleren Energie des Energiekanals variieren, um die in der Regel nicht-lineare Energieabhängigkeit des spektralen Schächungskoeffizienten zu berücksichtigen.Regarding the Image recording method, the object is achieved by The features of claim 1. The invention is based on a computed tomography Method in which detects the transmitted X-ray energy resolved becomes. According to the invention resulting sinogram in groups of quasi-monoenergetic projection images structured, so almost exclusively on X-ray radiation of a common Quantum energy go back. As quasi-monoenergetic radiation with quantum energy is within an energy interval, within the sen the spectral attenuation coefficient of body substances approximately is constant. The width of such an energy interval is preferably between 0.01 keV and 80 keV and can also be used with the medium energy of the Energy channels vary to the generally non-linear energy dependency of the spectral scum coefficients to take into account.

Die Rekonstruktion wird dabei jeweils separat für jede dieser Gruppen quasi-monoenergetischer Projektionsbilder durchgeführt. Auf diese Weise wird erreicht, dass durch die Rekonstruktion nicht mehr der energiegemittelte Schwächungskoeffizient μ(r), sondern direkt ein ortsabhängiger spektraler Schwächungskoeffizient κ(r, E) berechnet wird. Die auf diesem spektralen Schwächungskoeffizienten κ(r, E) beruhenden Tomogramme sind aufgrund des weggefallenen Mittelungsprozesses von Haus aus nicht den oben beschriebenen Artefakten behaftet.The reconstruction is carried out separately for each of these groups of quasi-monoenergetic projection images. In this way, it is achieved that the reconstruction no longer computes the energy-averaged attenuation coefficient μ ( r ) but directly a location-dependent spectral attenuation coefficient κ ( r , E). The tomograms based on this spectral attenuation coefficient κ ( r , E) are inherently not subject to the above-described artifacts due to the omitted averaging process.

Für das Verfahren können vorteilhafterweise die gängigen Rekonstruktionsalgorithmen ohne signifikanten Anpassungsaufwand herangezogen werden. Zumal das Auftreten der oben beschriebenen Mittelungsartefakte von Haus aus vermieden ist, erübrigen sich sie bekannten Korrekturalgorithmen. Zumal mit dem Einsatz dieser Verfahren stets auch eine gewisse Verschlechterung der Datenqualität, insbesondere des Signal-Rausch-Verhältnisses, verbunden war, wird durch das vorliegende Verfahren gegenüber den herkömmlichen Verfahren, die auf solche Korrekturalgorithmen zurückgreifen mussten, bei gleicher Röntgendosis eine Verbesserung der Datenqualität erreicht. Alternativ hierzu kann infolge der verbesserten Aufnahmetechnik eine gleichbleibende Datenqualität schon bei einer geringeren Röntgendosis erzielt werden.For the procedure can advantageously the common ones Reconstruction algorithms without significant adaptation effort be used. Especially as the occurrence of the averaging artifacts described above inherently avoided, unnecessary They themselves known correction algorithms. Especially with the use of this Procedure always also some deterioration of data quality, in particular the signal-to-noise ratio, is connected by the present method against the usual Procedures that rely on such correction algorithms had, with the same x-ray dose achieved an improvement in data quality. Alternatively to this Due to the improved recording technology a consistent data quality can already at a lower x-ray dose be achieved.

Um den Kontrast des Tomogramms zu erhöhen, wird der spektrale Schwächungskoeffizient nach seiner Berechnung wieder über die Energie integriert. Das Ergebnis dieser Integration liefert zwar an sich dieselbe Größe, die auch im Zuge der herkömmli chen Computertomographie ermittelt wird, nämlich den ortsabhängigen energiegemittelten Schwächungskoeffizienten μ(r). Da der Integrationsschritt erfindungsgemäß aber erst nach dem Rekonstruktionsschritt erfolgt, wird diese Größe ohne die herkömmlicherweise vorhandenen Artefakte oder den durch herkömmliche Korrekturverfahren verursachten Qualitätsverlust erhalten.In order to increase the contrast of the tomogram, the spectral attenuation coefficient is again integrated via the energy according to its calculation. The result of this integration provides the same size, which is also determined in the course of conventional computed tomography, namely the location-dependent energy-averaged attenuation coefficient μ ( r ). However, since the integration step according to the invention takes place only after the reconstruction step, this size is obtained without the conventionally present artifacts or the quality loss caused by conventional correction methods.

Um insbesondere den von verschiedenartigem Weichteilgewebe hervorgerufenen Kontrast zu erhöhen, hat sich insbesondere eine mit der negativen dritten Potenz der Energie, d.h. mit E–3, gewichtete Integration des spektralen Schwächungskoeffizienten κ(r, E) als vorteilhaft herausgestellt.In order in particular to increase the contrast caused by different types of soft tissue, in particular a weighted integration with the negative cube of the energy, ie with E -3 , of the spectral attenuation coefficient κ ( r , E) has proven to be advantageous.

Bezüglich des Verfahren zur ortsabhängigen Bestimmung von Stoffkonzentrationen in dem Untersuchungsobjekt wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 4. Danach wird der orthängige spektrale Schwächungskoeffizient κ(r, E) als Eingangsgröße herangezogen. Die Konzentrationsbestimmung erfolgt, indem an diese Eingangsgröße mittels eines Regressionsalgorithmus eine Modellfunktion angepasst wird, die als feste Parameter die Schwächungsspektren λi(E) der vorgegebenen Stoffe und als freie Parameter die ortsabhängigen Konzentrationen dieser Stoffe enthält.With respect to the method for the location-dependent determination of substance concentrations in the examination subject, the object according to the invention solved by the features of claim 4. Thereafter, the orthogonal spectral attenuation coefficient κ ( r , E) is used as input. The concentration is determined by adapting to this input variable by means of a regression algorithm a model function containing as fixed parameters the attenuation spectra λ i (E) of the given substances and as free parameters the location-dependent concentrations of these substances.

Die Nutzung des spektralen Schwächungskoeffizienten κ(r, E) als Eingangsgröße der Konzentrationsbestimmung ermöglicht eine wesentliche Vereinfachung der mathematischen Methodik bei der Konzentrationsbestimmung, zumal diese Größe von der komplexen Wechselwirkung der Energiemittelung mit der nachgeschalteten Rekonstruktion, die Ursache der beschriebenen Artefakte ist, frei ist. Vielmehr ermöglicht der Umstand, das der spektrale Schwächungskoeffizient κ(r, E) für jeden Raumvektor r eine Information über die Energieverteilung der Röntgenabschwächung bereitstellt, einen direkten Vergleich dieser Größe mit den charakteristischen Schwächungsspektren dieser Stoffe, die als Materialkonstanten bekannt oder zumindest empirisch einfach bestimmbar sind.The use of the spectral attenuation coefficient κ ( r , E) as the input quantity of the concentration determination makes it possible to considerably simplify the mathematical method for concentration determination, since this variable is free from the complex interaction of the energy averaging with the downstream reconstruction, which is the cause of the described artifacts. Rather, the fact that the spectral attenuation coefficient κ ( r , E) provides information about the energy distribution of the X-ray attenuation for each space vector r enables a direct comparison of this quantity with the characteristic attenuation spectra of these substances, which are known or at least empirically easily determinable as material constants ,

Die Anwendung eines Regressionsverfahrens (auch als "fitting" bezeichnet) stellt dabei eine besonders einfach handzuhabende, insbesondere einfach automatisierbare, und gleichzeitig präzise Möglichkeit zur Durchführung dieses Vergleichs dar. Als fester Parameter der im Rahmen der Regression verwendeten Modellfunktion wird ein Parameter bezeichnet, der bei der Anpassung konstant gehalten wird. Als freier Parameter wird entsprechend ein Parameter bezeichnet, der bei der Anpassung variiert wird. Als Regressionsalgorithmus findet insbesondere der an sich bekannte Levenberg-Marquardt-Algorithmus Verwendung. In besonders einfacher und numerisch stabiler Realisierung des Verfahrens ist die Modellfiktion dabei insbesondere als Linearkombination der Schwächungsspektren λi(E) der zu bestimmenden Stoffe gebildet.The application of a regression method (also referred to as "fitting") thereby represents a particularly easy-to-handle, and at the same time precise, possibility for carrying out this comparison. A fixed parameter of the model function used in the regression is a parameter which is given in FIG the adjustment is kept constant. A free parameter is accordingly a parameter which is varied during the adaptation. The regression algorithm used is, in particular, the Levenberg-Marquardt algorithm known per se. In a particularly simple and numerically stable realization of the method, the model fiction is formed in particular as a linear combination of the attenuation spectra λ i (E) of the substances to be determined.

Die zu bestimmenden Stoffe umfassen in bevorzugter Ausbildung des Verfahrens mindestens ein im Körper vorkommendes Element, insbesondere Wasserstoff, Sauerstoff und/oder Calcium. Die Modellfunktion enthält entsprechend das stoffspezifische (Röntgen-)Schwächungsspektrum λi(E) dieses Elements als festen Parameter.In a preferred embodiment of the method, the substances to be determined comprise at least one element occurring in the body, in particular hydrogen, oxygen and / or calcium. The model function accordingly contains the substance-specific (X-ray) attenuation spectrum λ i (E) of this element as a fixed parameter.

Alternativ oder zusätzlich umfassen die zu bestimmenden Stoffe mindestens einen homogenen Körperstoff, insbesondere Wasser, Fett, Weichteilgewebe oder Knochen, wobei die Modellfunktion das insbesondere empirisch bestimmte Schwächungsspektrum λi(E) dieses Körperstoffs enthält.Alternatively or additionally, the substances to be determined comprise at least one homogeneous body substance, in particular water, fat, soft tissue or bone, wherein the model function contains the particular empirically determined attenuation spectrum λ i (E) of this body substance.

Mit dem spektralen Schwächungskoeffizienten κ(r, E) nutzt das Konzentrationsbestimmungsverfahren die Ausgangsgröße des vorstehend beschriebenen Bildaufnahmeverfahrens und ist hierüber eng mit letzterem verknüpft. Vorzugsweise werden beide Verfahren auch in Kombination miteinander eingesetzt. Dessen ungeachtet kann das Konzentrationsbestimmungsverfahren aber auch unabhängig von dem Bildaufnahmeverfahren verwendet werden, insbesondere um anderweitig erzeugte und bereits beste hende oder generisch erzeugte Datensätze des spektralen Schwächungskoeffizienten κ(r, E) weiterzuverarbeiten.With the spectral attenuation coefficient κ ( r , E), the concentration determination method uses the output of the above-described image pickup method and is closely related thereto. Preferably, both methods are also used in combination with each other. Nevertheless, the concentration determination method can also be used independently of the image recording method, in particular to further process otherwise generated and already existing or generically generated data sets of the spectral attenuation coefficient κ ( r , E).

Bezüglich des Computertomographen wird die obige Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 9. Der Computertomograph umfasst danach einen (Röntgen-)Detektor, der zur energieaufgelösten Detektion der transmittierten Röntgenstrahlung ausgebildet ist und eine Rekonstruktionseinheit, die dazu ausgebildet ist, durch jeweils separate Verarbeitung quasi-monoenergetischer Gruppen von Projektionsbildern einen ortsabhängigen spektralen Schwächungskoeffizienten κ(r, E) zu berechnen.With regard to the computer tomograph, the above object is achieved according to the invention by the features of claim 9. The computer tomograph then comprises an (X-ray) detector, which is designed for energy-resolved detection of the transmitted X-radiation and a reconstruction unit, which is designed to quasi by separate processing monoenergetic groups of projection images to calculate a location-dependent spectral attenuation coefficient κ ( r , E).

In einer ersten Variante der Erfindung ist der Detektor als Direktwandler mit einer energiesensitiven Quantenzählelektronik ausgebildet. In Hinblick auf die konkrete Realisierung eines solchen Detektors wird insbesondere auf die DE 102 12 638 A1 Bezug genommen.In a first variant of the invention, the detector is designed as a direct converter with energy-sensitive quantum counting electronics. With regard to the concrete realization of such a detector is in particular on the DE 102 12 638 A1 Referenced.

In einer zweiten Variante der Erfindung weist der Detektor mindestens eine Szintillatorschicht mit nachgeschaltetem Photosensor und eine Quantenzählelektronik auf. Der Detektor ist dabei insbesondere mit einer Sandwichanordnung von Szintillatorschichten versehen. Derartige Detektoren werden an sich insbesondere in der PET oder SPECT bereits eingesetzt.In According to a second variant of the invention, the detector comprises at least a scintillator layer with a downstream photosensor and a Quantenzählelektronik on. The detector is in particular with a sandwich arrangement provided by scintillator layers. Such detectors are in particular already used in PET or SPECT.

Bevorzugt ist der Computertomograph gleichzeitig zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Konzentrationsbestimmungsverfahrens ausgebildet. Er umfasst hierzu ein Konzentrationsbestimmungsmodul, in dem der vorstehend beschriebene Regressionsalgorithmus implementiert ist, und dem der von der Rekonstruktionseinheit bestimmte spektrale Schwächungskoeffizient κ(r, E) als Eingangsgröße zugeführt ist.Preferably, the computed tomography device is simultaneously designed to carry out the concentration determination method described above. For this purpose, it comprises a concentration determination module in which the regression algorithm described above is implemented, and to which the spectral attenuation coefficient κ ( r , E) determined by the reconstruction unit is supplied as an input variable.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur in einem schematischen Blockschaltbild einen erfindungsgemäß ausgebildeten Computertomographen.following is an embodiment of Invention explained in more detail with reference to a drawing. In it shows the only one Figure in a schematic block diagram of an inventively designed CT scanners.

Die Figur zeigt in schematisch grober Vereinfachung einen medizintechnischen Computertomographen 1. Der Computertomograph 1 umfasst ein Bildsystem 2 mit einer Röntgenröhre als Röntgenquelle 3 und einem (Röntgen-)Detektor 4. Der Computertomograph 1 umfasst weiterhin eine Rechneranlage 5 sowie Peripheriegeräte 6 zur Dateneingabe, -ausgabe und -archivierung.The figure shows in a schematically simplistic simplification a medical computer tomograph graph 1 , The computer tomograph 1 includes an image system 2 with an X-ray tube as X-ray source 3 and an (X-ray) detector 4 , The computer tomograph 1 also includes a computer system 5 and peripherals 6 for data entry, output and archiving.

Die Röntgenquelle 3 und der Detektor 4 sind in Gegenüberstellung zueinander um eine gemeinsame isozentrische Achse 7 drehbar gelagert. Zur gemeinsamen Lagerung der Röntgenquelle 3 und des Detektors 4 ist insbesondere eine (nicht explizit dargestellte) Gantry in einer für Computertomographen üblichen Bauart oder ein C-Bogen vorgesehen.The X-ray source 3 and the detector 4 are in juxtaposition to one another around a common isocentric axis 7 rotatably mounted. For common storage of the X-ray source 3 and the detector 4 In particular, a gantry (not explicitly shown) is provided in a conventional computer tomography or a C-arm.

Die Rechneranlage 5 umfasst eine Rekonstruktionseinheit 8, insbesondere in Form eines Softwaremoduls, in der ein numerischer Rekonstruktionsalgorithmus implementiert ist. Die Rechneranlage 5 umfasst weiterhin ein Konzentrationsbestimmungsmodul 9.The computer system 5 includes a reconstruction unit 8th , in particular in the form of a software module in which a numerical reconstruction algorithm is implemented. The computer system 5 further comprises a concentration determination module 9 ,

Die Peripheriegeräte 6 umfassen zur Dateneingabe und -ausgabe übliche Mittel wie Bildschirm, Tastatur, Zeigergerät (d.h. Maus, Trackball, etc.) und Drucker. Die Peripheriegeräte 6 umfassen des Weiteren zur Kommunikation mit externen Geräten und Benutzern eine Schnittstelle zu einem Datenübertragungsnetzwerk. Zur Archivierung der Untersuchungsdaten sind ein Datenspeicher und/oder ein Netzwerkzugriff zu einem solchen vorgesehen.The peripherals 6 For data input and output, conventional means such as screen, keyboard, pointing device (ie, mouse, trackball, etc.) and printer. The peripherals 6 further comprise an interface to a communications network for communicating with external devices and users. For archiving the examination data, a data memory and / or a network access to such are provided.

Im Betrieb des Computertomographen 1 wird der Körper eines Patienten als Untersuchungsobjekt 10 etwa zentriert bezüglich der isozentrischen Achse 7 zwischen der Röntgenquelle 3 und dem Detektor 4 positioniert. Das Untersuchungsobjekt 10 wird sukzessiver Drehung des Bildsystems 2 um die isozentrische Achse 7 aus unterschiedlicher Projektionsrichtung, und somit entlang unterschiedlicher Projektionsvektoren d, mit polychromatischer Röntgenstrahlung R bestrahlt. Für jeden Projek tionsvektor d (der Unterstrich steht wiederum als mathematisches Symbol für den vektoriellen Charakter der Größe d) wird dabei mittels des Detektors 4 ein Projektionsbild P der durch das Untersuchungsobjekt 10 transmittierten Röntgenstrahlung R aufgenommen und an die Rekonstruktionseinheit 8 übermittelt. Anhand der Projektionsbilder P berechnet die Rekonstruktionseinheit 8 anschließend (auf nachfolgend näher beschriebene Weise) den ortsabhängigen spektralen Schwächungskoeffizienten κ(r, E) des Untersuchungsobjekts 10 für jeden Raumvektor r innerhalb einer von den Projektionsvektoren d aufgespannten Fläche sowie als Funktion der Quantenenergie E der Röntgenstrahlung R. Die Ortsabhängigkeit des Schwächungskoeffizienten κ(r, E) im Untersuchungsobjekt 10 ergibt einen Kontrast, der innere Strukturen des Untersuchungsobjekts 10 als Funktion des Raumvektors r abbildet. Der Schwächungskoeffizient κ(r, E) kann für vorgegebene Quantenenergie E als Tomogramm in zwei- oder dreidimensionaler Ortsdarstellung über die Peripheriegeräte 6 angezeigt werden.In the operation of the computer tomograph 1 becomes the body of a patient as an object of examination 10 approximately centered with respect to the isocentric axis 7 between the X-ray source 3 and the detector 4 positioned. The examination object 10 becomes successive rotation of the image system 2 around the isocentric axis 7 from different projection direction, and thus along different projection vectors d , irradiated with polychromatic X-ray radiation. For each projection vector d (the underscore stands in turn as a mathematical symbol for the vectorial character of the quantity d ) is determined by means of the detector 4 a projection image P by the examination object 10 transmitted X-rays R and to the reconstruction unit 8th transmitted. Based on the projection images P calculates the reconstruction unit 8th subsequently (in a manner described in more detail below) the location-dependent spectral attenuation coefficient κ ( r , E) of the examination subject 10 for each space vector r within an area spanned by the projection vectors d and as a function of the quantum energy E of the x-ray radiation R. The location dependence of the attenuation coefficient κ ( r , E) in the examination subject 10 gives a contrast, the internal structures of the examination subject 10 as a function of the space vector r . The attenuation coefficient κ ( r , E) can be given for a given quantum energy E as a tomogram in two- or three-dimensional spatial representation via the peripheral devices 6 are displayed.

Zur Verbesserung des Kontrastes kann der spektrale Schwächungskoeffizient κ(r,Ei) alternativ nach der Rekonstruktion gewichtet über die Quantenenergie E integriert werden, wobei die resultierende Größe μ(r) = ∫w(E)·κ(r, E) dE,anstelle des spektralen Schwächungskoeffizienten κ(r,Ei) als Tomogramm angezeigt wird. Die Größe μ(r) wird im Folgenden als energiegemittelter Schwächungskoeffizient bezeichnet. Als Wichtungsfaktor w(E) wird insbesondere w(E) = E–3 verwendet.To improve the contrast, the spectral attenuation coefficient κ ( r , E i ) can alternatively be integrated after the reconstruction weighted by the quantum energy E, the resulting size μ ( r ) = ∫w (E) · κ ( r , E) dE, instead of the spectral attenuation coefficient κ ( r , E i ) is displayed as a tomogram. The quantity μ ( r ) is referred to below as the energy-averaged attenuation coefficient. In particular, the weighting factor w (E) becomes w (E) = E -3 used.

Der Detektor 4 umfasst entlang einer dem Röntgenstrahler 3 zugekehrten Detektorfläche 11 eine ein- oder zweidimensionale Anordnung von Detektorelementen 12. Jedes Detektorelement 12 entspricht einem Bildpunkt der von dem Detektor 4 erzeugten Projektionsbilder P. Die Position eines jedes Detektorelements 12 innerhalb der Detektorfläche 11 und entsprechend die Position des zugehörigen Bildpunktes innerhalb des Projektionsbildes P, werden durch einen Koordinatenvektor x beschrieben. Der Detektor 4 ist nach dem in DE 102 12 638 A1 beschriebenen Prinzip aufgebaut. Alternativ hierzu wird ein Sandwichdetektor auf Szintillatorbasis verwendet, wie er in der PET oder SPECT üblicherweise eingesetzt wird.The detector 4 includes along a the X-ray source 3 facing detector surface 11 a one- or two-dimensional array of detector elements 12 , Each detector element 12 corresponds to a pixel of the detector 4 generated projection images P. The position of each detector element 12 within the detector surface 11 and correspondingly the position of the associated pixel within the projection image P, are described by a coordinate vector x . The detector 4 is after the in DE 102 12 638 A1 built principle described. Alternatively, a scintillator-based sandwich detector such as commonly used in PET or SPECT is used.

Jedes Detektorelement 12 ist dazu ausgebildet, jedes auftreffende Röntgenquant selektiv nach der zugehörigen Quantenenergie E in einem von N Energiekanälen Ei = {E1, E2, ..., EN} zu registrieren, so dass in jedem Energiekanal Ei ausschließlich diejenigen der in dem Detektorelement 12 auftreffenden Röntgenquanten gezählt werden, deren Quantenenergie E in einem Intervall [Ei – Δ/2; Ei + Δ/2] liegt. Der Buchstabe N steht hierbei für die Gesamtanzahl der Energiekanäle Ei. Der Buchstabe Δ steht für die Energiedifferenz zweier benachbarter Energiekanäle Ei und damit auch für das von jedem Energiekanal Ei abgedeckte Energieintervall. Die Anzahl N der Energiekanäle Ei ist dabei so hoch und die Energiedifferenz Δ so gering gewählt, dass die in jedem Energiekanal Ei gezählten Röntgenquanten im Sinne der vorstehenden Definition als quasi-monoenergetisch angesehen werden können. Der Detektor 4 umfasst in einer bevorzugten Ausgestaltung pro Detektorelement 12 N = 5 Energiekanäle mit einer Energiedifferenz bzw. einem Energieintervall von je Δ = 22 keV.Each detector element 12 is adapted to selectively register each incident X-ray quantum for the corresponding quantum energy E in one of N energy channels E i = {E 1 , E 2 ,..., E N }, so that in each energy channel E i exclusively those of the detector element 12 are counted incident X-ray quanta whose quantum energy E in an interval [E i - Δ / 2; E i + Δ / 2]. The letter N stands for the total number of energy channels E i . The letter Δ stands for the energy difference between two adjacent energy channels E i and thus also for the energy interval covered by each energy channel E i . The number N of the energy channels E i is so high and the energy difference Δ chosen so low that the counted in each energy channel E i X-ray quanta in the sense of the above definition can be regarded as quasi-monoenergetic. The detector 4 comprises in a preferred embodiment per detector element 12 N = 5 energy channels with an energy difference or an energy interval of Δ = 22 keV each.

Der Detektor 4 gibt somit für jeden Projektionsvektor d als Projektionsbild P die Anzahl der registrierten Röntgenquanten als Funktion des Koordinatenvektors x sowie des Energiekanals Ei an die Rekonstruktionseinheit 8 aus: P = Pi(d, x, Ei) mit i = 1, 2, ..., N. The detector 4 Thus, for each projection vector d as the projection image P, the number of registered X-ray quanta as a function of the coordinate vector x and of the energy channel E i is given to the reconstruction unit 8th out: P = P i ( d . x , E i ) with i = 1, 2, ..., N.

In der Rekonstruktionseinheit 8 werden die Projektionsbilder P in Gruppen gegliedert, deren jede die einem gemeinsamen E nergiekanal Ei zugehörigen Projektionsbilder Pi(d, x, Ei) enthält. Für diese quasi-monoenergetischen Gruppen von Projektionsbildern Pi(d, x, Ei) führt die Rekonstruktionseinheit 8 die Rekonstruktion jeweils separat durch, wobei bevorzugt einer der auch in der herkömmlichen Computertomographie gängigen Rekonstruktionsalgorithmen Verwendung findet.In the reconstruction unit 8th the projection images P are divided into groups, each of which contains the projection images P i ( d , x , E i ) associated with a common energy channel E i . For these quasi-monoenergetic groups of projection images P i ( d , x , E i ), the reconstruction unit leads 8th the reconstruction in each case separately, wherein preferably one of the conventional computer tomography conventional reconstruction algorithms is used.

Aufgrund der Verwendung von quasi-mononergetischen Projektionsbildern Pi(d, x, Ei) als Eingangsgröße liefert die Rekonstruktionseinheit 8 für jeden Energiekanal Ei den ortsabhängigen, spektralen Schwächungskoeffizienten κ(r,Ei) als Resultat.Due to the use of quasi-mononergetic projection images P i ( d , x , E i ) as the input, the reconstruction unit supplies 8th for each energy channel E i the location-dependent, spectral attenuation coefficient κ ( r , E i ) as a result.

Zusätzlich oder alternativ zu der Anzeige des Tomogramms auf den Peripherigeräten 6 wird durch das Konzentrationsbestimmungsmodul 9 die ortsaufgelöste Konzentration cj(r) (mit j = 1, 2, ..., M) einer Anzahl von M Stoffen, z.B. der Elemente Wasserstoff, Sauerstoff und Calcium, in dem Untersuchungsobjekt 10 bestimmt.Additionally or alternatively to the display of the tomogram on the peripherals 6 is determined by the concentration determination module 9 the spatially resolved concentration c j ( r ) (with j = 1, 2, ..., M) of a number of M substances, eg the elements hydrogen, oxygen and calcium, in the object under investigation 10 certainly.

Hierzu wird der, wie vorstehend beschrieben, bestimmte spektrale Schwächungskoeffizient κ(r,Ei) als Eingangsgröße für ein Regressionsverfahren herangezogen, bei dem für jeden Raumvektor r eine Modellfunktion F(r, Ei) an spektralen Schwächungskoeffizienten κ(r,Ei) angepasst wird. Die Modellfunktion hat die Form F(r, Ei) = Σjc*j(r)·λj(Ei) + R(r, Ei),und enthält in Linearkombination die bekannten Schwächungsspektren λj(E) der gesuchten Stoffe, insbesondere also der Elemente Wasserstoff, Sauerstoff und Calcium für die Werte der Energiekanäle Ei. Im Zuge der Regression werden die Schwächungsspektren λj(Ei) als feste, d.h. unveränderliche Parameter behandelt. Die Linearkoeffizienten c*j(r) werden als freie Parameter variiert. Die Funktion R(r, Ei) ist ein Restglied, das nach Abschluss der Anpassung, d.h. für F(r, Ei) = κ(r, Ei), ein Maß für die Qualität des Anpassungsergebnisses darstellt und im besten Fall lediglich Rauschen enthält.For this purpose which, as described above, certain spectral attenuation coefficient κ (r, E i) used as input variable for a regression method, wherein for each spatial vector r a model function F (r, E i) κ of spectral attenuation coefficients (r, E i) is adjusted. The model function has the form F ( r , E i ) = Σ j c * j ( r ) · Λ j (e i ) + R ( r , E i ) and contains in linear combination the known attenuation spectra λ j (E) of the substances sought, in particular therefore the elements hydrogen, oxygen and calcium for the values of the energy channels E i . In the course of the regression, the attenuation spectra λ j (E i ) are treated as fixed, ie unchangeable, parameters. The linear coefficients c * j ( r ) are varied as free parameters. The function R ( r , E i ) is a residual term which, after completing the fit, ie for F ( r , E i ) = κ ( r , E i ), is a measure of the quality of the fit result and, at best, only Contains noise.

Nach erfolgreicher Anpassung geben die Linearkoeffizienten c*j(r) in guter Näherung die tatsächliche ortsaufgelöste Konzentration cj(r) der gesuchten Stoffe wieder: c*j(r) ≈ cj(r) After successful adaptation give the linear coefficient c * j (r) to a good approximation the actual spatially resolved concentration c j (r) of the substances sought again: c * j ( r ) ≈ c j ( r )

Claims (13)

Computertomographisches Bildaufnahmeverfahren, bei dem unter Bestrahlung eines Untersuchungsobjekts (10) mit polychromatischer Röntgenstrahlung (R) entlang mehrerer Projektionsvektoren (d) Projektionsbilder (P) der durch das Untersuchungsobjekt (10) transmittierten Röntgenstrahlung (R) aufgenommen werden, und bei dem mittels eines Rekonstruktionsalgorithmus anhand der Projektionsbilder (P) ein ortsabhängiger Schwächungskoeffizient (κ(r, Ei)) des Untersuchungsobjekts (10) berechnet wird, wobei die transmittierte Röntgenstrahlung (R) energieaufgelöst detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch jeweils separate Rekonstruktion von quasi-monoenergetischen Gruppen von Projektionsbildern (Pi) ein ortsabhängiger spektraler Schwächungskoeffizient (κ(r, Ei)) berechnet wird.Computed tomographic image recording method in which, under irradiation of an examination subject ( 10 ) with polychromatic X-radiation (R) along several projection vectors ( d ) projection images (P) of the object to be examined ( 10 ) and in which by means of a reconstruction algorithm on the basis of the projection images (P) a location-dependent attenuation coefficient (κ ( r , E i )) of the examination subject (FIG. 10 ), wherein the transmitted X-ray radiation (R) is detected in an energy-resolved manner, characterized in that a spatially dependent spectral attenuation coefficient (κ ( r , E i )) is calculated by separate reconstruction of quasi-monoenergetic groups of projection images (P i ). Bildaufnahmeverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des spektralen Schwächungskoeffizienten (κ(r, Ei)) durch gewichtete Integration über die Energie (E) ein ortsabhängiger energiegemittelter Schwächungskoeffizient (μ(r)) berechnet wird.Image recording method according to claim 1, characterized in that on the basis of the spectral attenuation coefficient (κ ( r , E i )) by weighted integration over the energy (E), a location-dependent energy-averaged attenuation coefficient (μ ( r )) is calculated. Bildaufnahmeverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ortsabhängige spektrale Schwächungskoeffizient (κ(r, Ei)) bei der Integration mit der negativen dritten Potenz der Energie (E) gewichtet wird.Image recording method according to claim 2, characterized in that the location-dependent spectral attenuation coefficient (κ ( r , E i )) in the integration with the negative cube of the energy (E) is weighted. Verfahren zur Bestimmung der ortsabhängigen Konzentration (cj(r)) einer Anzahl vorgegebener Stoffe in einem Untersuchungsobjekt (10), dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Regressionsalgorithmus eine Modellfunktion (F(r, Ei)) an einen ortsabhängigen spektralen Schwächungs koeffizienten (κ(r, Ei)) des Untersuchungsobjekts (10) angepasst wird, wobei die Modellfunktion (F(r, Ei)) als feste Parameter die Schwächungsspektren (λ(Ei)) der gesuchten Stoffe und als freie Parameter die ortsabhängige Konzentration (cj(r)) dieser Stoffe enthält.Method for determining the location-dependent concentration (c j ( r )) of a number of predefined substances in an examination subject ( 10 ), characterized in that by means of a regression algorithm a model function (F ( r , E i )) to a location-dependent spectral attenuation coefficient (κ ( r , E i )) of the examination subject ( 10 ), wherein the model function (F ( r , E i )) contains as fixed parameters the attenuation spectra (λ (E i )) of the substances sought and as free parameters the location-dependent concentration (c j ( r )) of these substances. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Modellfunktion (F(r, Ei)) eine Linearkombination der Schwächungsspektren (λ(Ei)) herangezogen wird.A method according to claim 4, characterized in that a linear combination of the attenuation spectra (λ (E i )) is used as a model function (F ( r , E i )). Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Modellfunktion (F(r, Ei)) das Schwächungsspektrum (λ(Ei)) mindestens eines Elements, insbesondere Wasserstoff, Sauerstoff und/oder Calcium, als festen Parameter enthält.Method according to claim 4 or 5, characterized in that the model function (F ( r , E i )) contains the attenuation spectrum (λ (E i )) of at least one element, in particular hydrogen, oxygen and / or calcium, as a fixed parameter. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Modellfunktion (F(r, Ei)) das Schwächungsspektrum (λ(Ei)) mindestens eines homogenen Körperstoffes, insbesondere Wasser, Fett, Weichteilgewebe oder Knochen, enthält.Method according to one of claims 4 to 6, characterized in that the model function (F ( r , E i )) the attenuation spectrum (λ (E i )) mindes least one homogeneous body substance, in particular water, fat, soft tissue or bone contains. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der ortsabhängige spektrale Schwächungskoeffizient (κ(r, Ei)) mit dem Bildaufnahmeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ermittelt wird.Method according to one of claims 4 to 7, characterized in that the location-dependent spectral attenuation coefficient (κ ( r , E i )) with the image recording method according to one of claims 1 to 3 is determined. Computertomograph (1) zur Durchführung des Bildaufnahmeverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer polychromatischen Röntgenquelle (3) und einem zu dieser in Gegenüberstellung angeordneten Röntgendetektor (4), wobei die Röntgenquelle (3) und der Röntgendetektor (4) um eine gemeinsame isozentrische Achse (7) drehbar angeordnet sind, um unter Bestrahlung eines zwischen Röntgenquelle (3) und Röntgendetektor (4) angeordneten Untersuchungsobjekts (10) entlang verschiedener Projektionsvek toren (d) Projektionsbilder (P, Pi) der transmittierten Röntgenstrahlung (R) zu erzeugen, sowie mit einer Rekonstruktionseinheit (8) zur Berechnung eines ortsabhängigen Schwächungskoeffizienten (κ(r, Ei)) des Untersuchungsobjekts (10) anhand der Projektionsbilder (P), wobei der Röntgendetektor (4) zur energieaufgelösten Detektion der transmittierten Röntgenstrahlung (R) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rekonstruktionseinheit (8) dazu ausgebildet ist, durch jeweils separate Verarbeitung quasi-monoenergetischer Gruppen von Projektionsbildern (Pi) einen ortsabhängigen spektralen Schwächungskoeffizienen (κ(r, Ei)) zu berechnen.Computer tomograph ( 1 ) for carrying out the image recording method according to one of claims 1 to 3, with a polychromatic X-ray source ( 3 ) and arranged in juxtaposition to this X-ray detector ( 4 ), wherein the X-ray source ( 3 ) and the X-ray detector ( 4 ) around a common isocentric axis ( 7 ) are rotatably arranged to be irradiated by an X-ray source ( 3 ) and X-ray detector ( 4 ) ( 10 ) along different projection vectors ( d ) to produce projection images (P, P i ) of the transmitted X-ray radiation (R) and to a reconstruction unit ( 8th ) for calculating a location-dependent attenuation coefficient (κ ( r , E i )) of the examination object ( 10 ) based on the projection images (P), wherein the X-ray detector ( 4 ) is designed for the energy-resolved detection of the transmitted X-radiation (R), characterized in that the reconstruction unit ( 8th ) is designed to calculate a spatially dependent spectral attenuation coefficients (κ ( r , E i )) by respectively processing quasi-monoenergetic groups of projection images (P i ) separately. Computertomograph (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (4) als Direktwandler mit einer energieaufgelösten Quantenzählelektronik ausgebildet ist.Computer tomograph ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the detector ( 4 ) is designed as a direct converter with an energy-resolved quantum counting electronics. Computertomograph (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (4) mindestens eine Szintillatorschicht mit nachgeschaltetem Photosensor und eine Quantenzählelektronik umfasst.Computer tomograph ( 1 ) according to claim 10, characterized in that the detector ( 4 ) comprises at least one scintillator layer with a downstream photosensor and a quantum counting electronics. Computertomograph (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (4) für eine energieaufgelöste Detektion der transmittierten Röntgenstrahlung (R) eine Sandwichanordnung von Szintillatorschichten aufweist.Computer tomograph ( 1 ) according to claim 11, characterized in that the detector ( 4 ) has a sandwich arrangement of scintillator layers for energy-resolved detection of the transmitted X-radiation (R). Computertomograph (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet, durch ein Konzentrationsbestimmungsmodul (9), das zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 bis 7 ausgebildet ist.Computer tomograph ( 1 ) according to one of claims 9 to 12, characterized by a concentration determination module ( 9 ), which is designed for carrying out the method according to one of claims 4 to 7.
DE200610026945 2006-06-09 2006-06-09 Computed tomographic image recording method, method for determining the location-dependent concentration of a number of predetermined substances in an examination subject and associated computed tomography Expired - Fee Related DE102006026945B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610026945 DE102006026945B4 (en) 2006-06-09 2006-06-09 Computed tomographic image recording method, method for determining the location-dependent concentration of a number of predetermined substances in an examination subject and associated computed tomography

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610026945 DE102006026945B4 (en) 2006-06-09 2006-06-09 Computed tomographic image recording method, method for determining the location-dependent concentration of a number of predetermined substances in an examination subject and associated computed tomography

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102006026945A1 true DE102006026945A1 (en) 2007-12-27
DE102006026945B4 DE102006026945B4 (en) 2008-04-10

Family

ID=38720954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200610026945 Expired - Fee Related DE102006026945B4 (en) 2006-06-09 2006-06-09 Computed tomographic image recording method, method for determining the location-dependent concentration of a number of predetermined substances in an examination subject and associated computed tomography

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102006026945B4 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2997900A4 (en) * 2013-05-15 2017-01-04 Kyoto University X-ray ct image processing method, x-ray ct image processing program, and x-ray ct image device
CN108836509A (en) * 2018-06-26 2018-11-20 上海联影医疗科技有限公司 Lesion independent positioning method and system, Medical Devices and computer readable storage medium
WO2019037977A1 (en) * 2017-08-23 2019-02-28 Siemens Healthcare Gmbh Method for providing result data which is suitable for use in planning the irradiation of a patient
CN110567996A (en) * 2019-09-19 2019-12-13 方正 Transmission imaging detection device and computer tomography system using same
US11013486B2 (en) 2017-09-25 2021-05-25 Shanghai United Imaging Healthcare Co., Ltd. System and method for locating a target subject
CN113613561A (en) * 2019-05-27 2021-11-05 迪亚特伦德有限公司 Data processing device and data processing method for processing X-ray detection data, and X-ray inspection device equipped with the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10212638A1 (en) * 2002-03-21 2003-10-16 Siemens Ag Computer tomograph and method for detecting X-rays with a detector unit consisting of a plurality of detectors
DE10352013A1 (en) * 2003-11-07 2005-06-16 Siemens Ag Method and device for the spatially resolved determination of element concentrations in examination objects

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10212638A1 (en) * 2002-03-21 2003-10-16 Siemens Ag Computer tomograph and method for detecting X-rays with a detector unit consisting of a plurality of detectors
DE10352013A1 (en) * 2003-11-07 2005-06-16 Siemens Ag Method and device for the spatially resolved determination of element concentrations in examination objects

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MACOVSKI,A. u.a.: Energy dependent reconstruction in x-ray computerized tomography. In: Comput. Biol. Med. 1976, Vol.6, S.325-336 *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2997900A4 (en) * 2013-05-15 2017-01-04 Kyoto University X-ray ct image processing method, x-ray ct image processing program, and x-ray ct image device
WO2019037977A1 (en) * 2017-08-23 2019-02-28 Siemens Healthcare Gmbh Method for providing result data which is suitable for use in planning the irradiation of a patient
US11844961B2 (en) 2017-08-23 2023-12-19 Siemens Healthcare Gmbh Method for providing result data which is suitable for use in planning the irradiation of a patient
CN111212680A (en) * 2017-08-23 2020-05-29 西门子医疗有限公司 Method for providing result data suitable for use in planning of irradiation of a patient
US10898727B2 (en) 2017-08-23 2021-01-26 Siemens Healthcare Gmbh Method for providing result data which is suitable for use in planning the irradiation of a patient
CN111212680B (en) * 2017-08-23 2022-04-29 西门子医疗有限公司 Method for providing result data suitable for use in planning of irradiation of a patient
US11583240B2 (en) 2017-09-25 2023-02-21 Shanghai United Imaging Healthcare Co., Ltd. System and method for locating a target subject
US11013486B2 (en) 2017-09-25 2021-05-25 Shanghai United Imaging Healthcare Co., Ltd. System and method for locating a target subject
US11058389B2 (en) 2017-09-25 2021-07-13 Shanghai United Imaging Healthcare Co., Ltd. System and method for locating a target subject
US11071512B2 (en) 2017-09-25 2021-07-27 Shanghai United Imaging Healthcare Co., Ltd. System and method for locating a target subject
CN108836509A (en) * 2018-06-26 2018-11-20 上海联影医疗科技有限公司 Lesion independent positioning method and system, Medical Devices and computer readable storage medium
CN113613561A (en) * 2019-05-27 2021-11-05 迪亚特伦德有限公司 Data processing device and data processing method for processing X-ray detection data, and X-ray inspection device equipped with the same
CN110567996B (en) * 2019-09-19 2022-09-27 方正 Transmission imaging detection device and computer tomography system using same
CN110567996A (en) * 2019-09-19 2019-12-13 方正 Transmission imaging detection device and computer tomography system using same

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006026945B4 (en) 2008-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005027436B4 (en) Method for calculating absorber-specific weighting coefficients and method for improving an absorber-dependent contrast-to-noise ratio in an X-ray image of an object to be examined, which is generated by an X-ray device
DE102005008767A1 (en) Method for an X-ray device and computer tomograph for reducing beam hardening artifacts from a generated image of an object
DE2753004A1 (en) ELIMINATION OF SPECTRAL ARTIFICIAL EFFECTS AND USE OF SPECTRAL EFFECTS IN COMPUTERIZED TOMOGRAPHY
DE102008030552A1 (en) A method for generating image data on a virtually predefinable x-ray tube voltage from first and second CT image data
DE60226129T2 (en) METHOD AND SYSTEM FOR DETERMINING THE DENSITY OF A VOLUME IN AN IMAGE RECORD
DE102012204980B4 (en) Method for the reconstruction of CT images with scatter correction, in particular for dual source CT devices
DE102010024139B4 (en) Method for determining a radiation attenuation in a positron emission tomograph, apparatus and MR-PET hybrid system
DE2916486A1 (en) CORRECTION OF POLYCHROMATIC X-RAY IMAGE ERRORS IN COMPUTER TOMOGRAPHY IMAGES
DE102016207437B4 (en) Spectral-independent determination of calcium deposits in blood vessels
DE102010060989A1 (en) System and method for compensating weak signal data for dual energy CT
DE102009028104A1 (en) Image reconstruction method for high energy double energy CT system
DE102007020065A1 (en) Method for the creation of mass occupation images on the basis of attenuation images recorded in different energy ranges
DE102009015773A1 (en) Method for processing reconstructed CT image data sets and CT system
DE102005053498B4 (en) Method for accelerating the scatter correction in a computer tomography system and computer tomography system for carrying out the method
DE102016221658A1 (en) Stray radiation compensation for an imaging medical device
DE102006026945B4 (en) Computed tomographic image recording method, method for determining the location-dependent concentration of a number of predetermined substances in an examination subject and associated computed tomography
DE102004022332A1 (en) Method for the post-reconstructive correction of images of a computer tomograph
DE102013206415A1 (en) Automatic extraction of optimized output data
DE102011083727A1 (en) Method for generating a noise-reduced CT image data set, computing system and CT system
WO2003062856A1 (en) Device and method for creating a correction characteristic curve for reducing artefacts in tomography
DE10352013B4 (en) Method and device for the spatially resolved determination of element concentrations in examination objects
DE102015206127B4 (en) Method and image data determination device for reconstructing image data in CT imaging
DE102011005161B4 (en) Method, image data set reconstruction device, X-ray system and computer program for artifact correction
DE102017200032A1 (en) Reduction in the number of spectral channels in multi-energy CT imaging
EP2080015A1 (en) Calibration method for two-spectra or multispectra tomography

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
8320 Willingness to grant licences declared (paragraph 23)
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: SIEMENS HEALTHCARE GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, 80333 MUENCHEN, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee